DE102007008903A1 - Device for controlling a robot - Google Patents

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Anke Dipl.-Math. Techn. Frohberger
Björn Dr. Matthias
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39394—Compensate hand position with camera detected deviation, new end effector attitude

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern eines Roboters (10), mit einer Robotersteuereinheit (17), mit wenigstens einer am Roboter angebrachten digitalen Kamera (12), deren Ausgangssignale einer Bilderfassungseinheit (14) zuführbar sind. Die Ausgangssignale der mit der Kamera (12) verbundenen Bilderfassungseinheit sind einer mit dieser verbundenen Bildverarbeitungseinrichtung (15) zuführbar. Mit einer Koordinatentransformationseinrichtung (16), in der die von der Bildverarbeitungseinheit (15) und der Robotersteuereinheit (17) herkommenden Signale zu Robotersteuersignalen verarbeitet und transformiert werden, sind wieder der Robotersteuereinheit (17) zuführbar.The invention relates to a device for controlling a robot (10) having a robot control unit (17) with at least one digital camera (12) attached to the robot, the output signals of which can be fed to an image acquisition unit (14). The output signals of the image acquisition unit connected to the camera (12) can be supplied to an image processing device (15) connected thereto. With a coordinate transformation device (16) in which the signals coming from the image processing unit (15) and the robot control unit (17) are processed and transformed into robot control signals, the robot control unit (17) can again be fed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern eines Roboters.The The invention relates to a device for controlling a robot.

Roboter werden eingesetzt zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere z. B. zum Bearbeiten von Kraftfahrzeugkarosserien, beispielsweise zum Verschweißen oder Lackieren der Karosserien. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, dem Roboter einen Bewegungsablauf vorzugeben, d. h. den gewünschten Bewegungsablauf in eine Robotersteuereinheit einzugeben, so dass der Roboterarm bzw. das daran befestigte Werkstück die Karosserie in der vorgegebenen Weise bearbeitet.robot are used for machining workpieces, in particular z. B. for Machining of motor vehicle bodies, for example for welding or Painting the bodies. For this purpose it is necessary to give the robot a movement sequence, d. H. the wished Enter movement sequence in a robot control unit, so that the robot arm or the workpiece attached thereto, the body in the predetermined Edited way.

Bei der Bearbeitung kann es vorkommen, dass die Lage und/oder Form des Werkstücks nicht genau der Lage und/oder Form des Werkstücks entsprechen, die theoretisch vorgegeben sein sollen, z. B. kann es sein, dass Kanten zweier miteinander zu verschweißender Blechstücke nicht exakt in der vorgegebenen Linie liegen, sonder schräg dazu oder beide Kanten können einen Winkel untereinander bilden.at It may happen that the location and / or shape of the workpiece not exactly the position and / or shape of the workpiece correspond to the theoretical should be given, z. For example, it may be that edges of two together to be welded sheet metal pieces not exactly in the given line, but at an angle or both Edges can form an angle with each other.

Damit derartige Ungenauigkeiten in Form und/oder Lage das Bearbeitungsergebnis nicht beeinträchtigen, ist ein Sensorsystem vorzuziehen, das die tatsächlichen Gegebenheiten erfasst und den Roboter entsprechend ansteuert.In order to Such inaccuracies in the form and / or location of the processing result do not interfere is preferable to a sensor system that detects the actual conditions and controls the robot accordingly.

Die Positionsgenauigkeit eines Roboters an sich ist ausreichend, so dass dessen Toleranzen eher vernachlässigbar sind. Andererseits kann es in seltenen Fällen doch vorkommen, dass die Positioniergenauigkeit nicht optimal ist. Dieses kann – in glei cher Weise – mit solchen oben beschriebenen Sensoren ebenfalls erfasst und korrigiert werden. Dennoch richtet sich das Hauptaugenmerk eher auf Ungenauigkeiten und Abweichungen der Lage und/oder Form eines zu bearbeitenden Werkstücks.The Position accuracy of a robot itself is sufficient, so that its tolerances tend to be negligible. on the other hand It can in rare cases but it may happen that the positioning accuracy is not optimal. This can - in same way - with such sensors described above also detected and corrected become. Nevertheless, the main focus is more on inaccuracies and deviations of the position and / or shape of a workpiece to be machined.

Eine Methode besteht darin, mittels einer digitalen Kamera die tatsächliche Lage und/oder Form des Werkstückes aufzunehmen und die Signale in einer Bilderfasssungs- und Bildverarbeitungseinrichtung zu erfassen und zu verarbeiten sowie diese Signale der Robotersteuereinheit zuzuführen, so dass der Roboter nach Vergleich der Istwerte mit den Sollwerten der Bewegung angesteuert werden kann.A Method is to use a digital camera, the actual Position and / or shape of the workpiece record and the signals in an image capture and image processing device to capture and process as well as these signals of the robot control unit supply, so that the robot after comparing the actual values with the setpoints the movement can be controlled.

Hierbei ist es erforderlich, die Position der Kamera zu kennen. Wenn die Kamera am Roboter angebracht ist, wird sich ihre Position im Raume entsprechend der Bewegung des Roboters ändern, so dass es notwendig ist, den aktuellen Werkzeugmittelpunkt zu kennen. Das Steuerverfahren bei bekannten Einrichtungen geschieht wie folgt:
Der Roboter bewegt sich um eine bestimmte Strecke, hält an, wobei ein Bild aufgenommen wird, das verarbeitet wird, während sich der Roboter zur nächsten Bilderfassungsstelle weiterbewegt. Das bedeutet, dass nur diskrete Punkte bei der Steuerung eines Roboters betrachtet werden können und die Anwendungszykluszeit nicht weiter reduziert werden kann.It is necessary to know the position of the camera. When the camera is mounted on the robot, its position in space will change according to the movement of the robot, so it is necessary to know the current tool center point. The control method in known devices is as follows:
The robot moves a certain distance, stops taking an image that is being processed while the robot moves on to the next image acquisition point. This means that only discrete points in the control of a robot can be considered and the application cycle time can not be further reduced.

Anstatt einer digitalen Kamera können auch andere Sensoren verwendet werden, mit denen die genannten Messungen erfolgen können. Dabei ist auch hier festzuhalten, dass nur diskrete Punkte bei der Steuerung eines Roboters erfasst werden können, wodurch auch die Anwendungszykluszeit nicht weiter reduziert werden kann.Instead of a digital camera can Other sensors can be used with which the measurements mentioned can be done. It should also be noted here that only discrete points in the Control of a robot can be detected, which also reduces the application cycle time can not be further reduced.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der Eingangs genannten Art weiter zu verbessern, dass die Zykluszeit weiter reduziert werden kann.task The invention is a device of the type mentioned continue to improve that the cycle time can be further reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.These The object is achieved by the Characteristics of claim 1 solved.

Die Erfindung besteht demgemäß darin, dass die Einrichtung zum Steuern eines Roboters, mit einer Robotersteuereinheit, mit wenigstem einem am Roboter angebrachten Signale erzeugenden Sensor, dessen Ausgangssignale einer Signalerfassungs einheit zuführbar sind, wobei die Ausgangssignale der mit dem wenigstens einen Sensor verbundenen Signalerfassungseinheit einer mit dieser verbundenen Signalverarbeitungseinrichtung zuführbar sind, und mit einer Koordinatentransformationseinrichtung, in der die von der Signalbildverarbeitungseinrichtung und der Robotersteuereinheit herkommenden Signale zu Robotersteuersignalen verarbeitet werden, die wiederum der Robotersteuereinheit zum Steuern der Roboterbewegung zuführbar sind, versehen ist, wobei die von der Robotersteuereinheit der Koordinatentransformationseinheit zugeführten Signale Echtzeitroboterdatensignale sind.The Invention is accordingly that the device for controlling a robot, with a robot control unit, having at least one sensor mounted on the robot, whose output signals are fed to a signal detection unit, wherein the output signals of the connected to the at least one sensor Signal detection unit of a signal processing device connected thereto can be supplied, and with a coordinate transformation device in which the from the signal image processor and the robot controller incoming signals are processed to robot control signals, in turn, the robot control unit for controlling the robot movement supplied provided by the robot control unit of the coordinate transformation unit supplied signals Real-time robot data signals are.

Wesentlich hierbei ist, dass die Bewegungsdaten des Roboters bzw. die Bewegungsdaten des Werkzeugzentralpunktes in Echtzeit der Signalerfassungseinheit und/oder der Bildverarbeitungseinrichtung zugeführt werden.Essential In this case, the movement data of the robot or the movement data of the tool central point in real time of the signal acquisition unit and / or the image processing device are supplied.

Die Einrichtung zum Steuern eines Roboters wird demgemäß aus einer Robotersteuereinheit, vorzugsweise wenigstens einer am Roboter angebrachten Kamera, deren Ausgangssignale einer Bilderfassungseinheit zuführbar sind, wobei die Ausgangssignale der mit der Kamera verbundenen Bilderfassungseinheit einer mit der Bilderfassungseinrichtung verbundenen Bildverarbeitungseinheit zuführbar sind, und aus einer Koordinatentransformationseinrichtung gebildet, in der die von der Bildverarbeitungseinrichtung und der Robotersteuereinheit herkommenden Signale zu Robotersteuersignalen verarbeitet werden, die wiederum der Robotersteuereinheit zum Steuern der Roboterbewegung bzw. des Werkzeuges zugeführt werden, wobei die von der Robotersteuereinheit an die Koordinatentransformationseinheit über eine Signalleitung zugeführten Signale Echtzeitroboterdatensignale sind.The device for controlling a robot is accordingly composed of a robot control unit, preferably of at least one robot-mounted camera whose output signals can be fed to an image acquisition unit, the output signals of the image acquisition unit connected to the camera being able to be supplied to an image processing unit connected to the image acquisition device and of a coordinate transformation device in which the signals originating from the image processing device and the robot control unit verify robot control signals ver are in turn supplied to the robot control unit for controlling the robot movement or the tool, wherein the signals supplied from the robot control unit to the coordinate transformation unit via a signal line are real-time robot data signals.

Die Robotersteuereinheit mit der Echtzeitroboterdatenschnittstelle erzeugt vorhergesehene und optional aktuelle Daten des Werkzeugzentralpunktes des Roboters mit korrespondierenden Zeitmarkierungen. Diese Daten werden innerhalb der Robotersteuereinheit mit hoher Genauigkeit und hohen Update-Raten berechnet. Die Kamera wird durch den Roboter gehalten und mit der Bildverarbeitungseinheit verbunden, welche erfindungsgemäß aus drei Untereinheiten besteht:

  • – Bilderfassungseinheit
  • – Bildverarbeitungseinrichtung
  • – Koordinatentransformationseinrichtung oder -einheit.
The robot control unit with the real-time robot data interface generates predicted and optionally current data of the tool center point of the robot with corresponding time markers. These data are calculated within the robot control unit with high accuracy and high update rates. The camera is held by the robot and connected to the image processing unit, which according to the invention consists of three subunits:
  • - Image capture unit
  • - Image processing device
  • Coordinate transformation device or unit.

Die Bildverarbeitungseinrichtung, beispielsweise als Computerprogrammprodukt ausgestaltet, kann sich auf einem externen Computer oder innerhalb der Robotersteuereinheit befinden aber auch Teil der Kamera sein. Sie kommuniziert mit den Robotersteuersoftwaremodulen über die oben genannte Echtzeitroboterdatenschnittstelle.The Image processing device, for example as a computer program product designed, can be on an external computer or inside but the robot control unit are also part of the camera. It communicates with the robot control software modules via the above-mentioned real-time robot data interface.

Wenn die Bildverarbeitungseinrichtung oder -einheit nicht Teil der Robotereinheit ist, dann müssen die Systemzeiten der Robotereinheit und ggf. externen Rechnereinheit synchronisiert werden; es besteht natürlich auch die Möglichkeit, dass die Synchronisierung auf einer gemeinsamen Zeitreferenz basiert. Dies kann mit an sich bekannten Verfahren bewirkt werden.If the image processing device or unit is not part of the robot unit is, then you have to the system times of the robot unit and possibly external computer unit be synchronized; Of course there is also the possibility that the synchronization is based on a common time reference. This can be effected by methods known per se.

Die Bilderfassung kann getriggert oder ungetriggert sein. Im ersteren Falle, wenn die Bilderfassung getriggert durchgeführt wird, wird zu jedem Zeitpunkt der Bilderfassung ein Triggersignal (entweder digital oder analog) empfangen, welches durch den Roboter oder andere Vorrichtung erzeugt werden kann. Wenn die Bilderfassung ungetriggert erfolgt, dann führt die Bildverarbeitungseinrichtung die Bildverarbeitung während jeder internen Prozessschleife durch.The Image capture can be triggered or untriggered. In the former Trap when image capture is triggered, At each point in the image acquisition, a trigger signal (either digital or analog) received by the robot or other device can be generated. If the image acquisition takes place ungetriggered, then leads the Image processing device image processing during each internal process loop through.

Während der Bilderfassung wird die aktuelle Zeit aufgenommen und den Bilddaten und allen folgenden dem Bild zugehörigen Daten zugeordnet.During the Image capture will record the current time and the image data and all subsequent data associated with the image.

Die von der Kamera in die Bilderfassungseinheit übertragenen Signale sind entsprechend dem Koordinatensystem der Kamera einander zugeordnet, wobei das Bildkoordinatensystem ein zweidimensionales Koordinatensystem ist, wogegen je nach Anordnung einer Kamera ggf. mit einer Abstandsmessung oder zweier in geeigneter Weise einander zugeordneter Kameras auch ein dreiachsiges, räumliches Koordinatensystem eingesetzt werden kann. Sind mehrere Kameras vorgesehen, sind die Bilder in einem gemeinsamen Gesamtkoordinatensystem eingerichtet, so dass einfach bestimmt werden kann, wo sich das Objekt befindet. Diese in der Bildverarbeitungseinrichtung erzeugten zweidimensionalen oder dreidimensionalen Daten werden in der Koordinatentransformationseinrichtung in solche Koordinaten umgerechnet, die dem Roboter zugeordnet sind, so dass die Robotersteuereinheit in der Lage ist, die Ausgangssignale der Koordinatentransformationseinrichtung aufzunehmen und weiter zu verarbeiten. Koordinatentransformationen werden nach an sich bekannten Methoden durchgeführt, so dass sie hier nicht näher beschrieben werden sollen.The signals transmitted from the camera to the image capture unit are corresponding the coordinate system of the camera associated with each other, the Image coordinate system is a two-dimensional coordinate system, whereas, depending on the arrangement of a camera if necessary with a distance measurement or two appropriately assigned cameras also a three-axis, spatial Coordinate system can be used. Are several cameras provided, If the images are set up in a common overall coordinate system, so that it is easy to determine where the object is located. These two-dimensional generated in the image processing device or three-dimensional data are in the coordinate transformation device translated into coordinates assigned to the robot, so that the robot controller is capable of output signals the coordinate transformation device and continue to process. Coordinate transformations are after themselves carried out known methods, so they will not be closer here should be described.

Von Bedeutung ist die Position der Kamera zum Zeitpunkt der Bilderfassung, welche durch Interpolation berechnet werden kann, in dem man die vorhergesagten Roboterwerkzeugzentralpunktdaten benutzt. Optional können die aktuellen Roboterwerkzeugzentralpunktdaten verwendet werden, um zusätzlich eine verbesserte Annäherung zu erhalten.From Meaning is the position of the camera at the time of image acquisition, which can be calculated by interpolation, by using the predicted robotic tool central point data. optional can the current robot tool center point data is used in addition an improved approach to obtain.

Diese Stellungen bzw. Positionen können durch eine Prozesssteuereinheit genutzt oder zu der Robotersteuereinheit für die weitere Bearbeitung verwendet werden, d. h. für eine Regelung des Roboters.These Positions or positions can through used a process control unit or to the robot control unit for the further processing is used, d. H. for a regulation of the robot.

Zur Erfassung der Lage und/oder Form, beispielsweise des Werkstückes, welches von dem Roboter bearbeitet wird, können z. B. eine Kamera mit einem Abstandssensor verwendet werden, wodurch die Lage des Objektes im Raum bestimmt werden kann. Darüber hinaus können auch zwei Kameras eingesetzt werden, die eine dreidimensionale Bilderfassung ermöglichen. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit andere Sensoren mit Abstandsmeßeinrichtungen zu verwenden, mit denen die Lage und/oder Form des zu bearbeitenden Werkstückes im Raum festgestellt werden kann.to Detecting the position and / or shape, for example of the workpiece, which edited by the robot, z. B. a camera with a Distance sensor can be used, reducing the position of the object in the Room can be determined. About that can out Also, two cameras are used, which is a three-dimensional image capture enable. It is natural also the possibility other sensors with distance measuring devices to use, with which the location and / or form of the to be worked on Workpiece in the Space can be determined.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments and improvements of the invention are the further subclaims refer to.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.Based the drawing in which an embodiment the invention is shown, the invention and others advantageous embodiments of the invention will be explained and described in detail.

Es zeigt:It shows:

Einzige Fig. eine schematische Flussbilddarstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung.Single Fig. A schematic flow diagram representation of the device according to the invention.

Ein Roboter 10 trägt am freien Ende seines beweglichen Armes 11 eine digitale Kamera 12, deren Ausgangssignale über eine Signalleitung 13 einer Bilderfassungseinheit 14 zugeführt werden. Die Ausgangssignale der Bilderfassungseinheit 14 werden einer Bildverarbeitungseinrichtung 15 zugeführt, deren Ausgangssignale einer Koordinatentransformationseinheit 16 weitergeleitet werden.A robot 10 carries on the free end of his mobile arm 11 a digital camera 12 , whose output signals via a signal line 13 an image capture unit 14 be supplied. The output signals of the image acquisition unit 14 become an image processing device 15 whose output signals are fed to a coordinate transformation unit 16 to get redirected.

Der Roboter 10 wird von einer Robotersteuereinheit 17 gesteuert, der an die Koordinatentransformationseinheit 16 über eine erste Signalleitung 18 Realzeitroboterdaten übermittelt. Die Signale, die von der Bildverarbeitungseinrichtung 15 und von der Robotersteuerung 17 der Koordinatentransformationseinheit 16 zugeführt werden, werden dort verarbeitet, in vom Roboter lesbare oder interpretierbare Koordinaten transformiert und über eine zweite Signalleitung 19 der Robotersteuereinheit 17 zugeführt, wodurch ein Regelkreis für die Robotersteuerung hergestellt ist.The robot 10 is from a robot controller 17 controlled to the coordinate transformation unit 16 via a first signal line 18 Real-time robot data transmitted. The signals transmitted by the image processing device 15 and from the robot controller 17 the coordinate transformation unit 16 are fed there, are processed there, transformed into robotic readable or interpretable coordinates and a second signal line 19 the robot control unit 17 supplied, whereby a control loop for the robot controller is made.

Die Signalleitungen 13, 18, und 19 können durch Verbindungsleitungen gebildet sein; es können auch Busverbindungen verwendet werden oder interne Datenverbindungen.The signal lines 13 . 18 , and 19 may be formed by connecting lines; Bus connections or internal data connections can also be used.

Sie sollten hier nur andeuten, dass bestimmte Signale von einem Ausgang einer Einheit zu dem Eingang der nächstgelegenen Einheit übertragen werden.she should only indicate here that certain signals from an output a unit to the entrance of the nearest unit.

1010
Roboterrobot
1111
beweglicher ArmPortable poor
1212
digitale Kameradigital camera
1313
Signalleitungsignal line
1414
BilderfassungseinheitImage capture unit
1515
BildverarbeitungseinrichtungImage processing means
1616
Koordinatentransformationseinrichtung oder -einheitCoordinate transformation means or unit
1717
RobotersteuereinheitRobot control unit
1818
erste Signalleitungfirst signal line
1919
zweite Signalleitungsecond signal line

Claims (3)

Einrichtung zum Steuern eines Roboters (10), mit einer Robotersteuereinheit (17), mit wenigstem einem am Roboter (10) angebrachten Signale erzeugenden Sensor (12), dessen Ausgangssignale einer Signalerfassungseinheit (14) zuführbar sind, wobei die Ausgangssignale der mit dem wenigstens einen Sensor (12) verbundenen Signalerfassungseinheit einer mit dieser verbundenen Signalverarbeitungseinrichtung (15) zuführbar sind, und mit einer Koordinatentransformationseinrichtung (16), in der die von der Signalverarbeitungseinrichtung (15) und der Robotersteuereinheit (17) herkommenden Signale zu Robotersteuersignalen verarbeitet werden, die wiederum der Robotersteuereinheit (17) zum Steuern der Roboterbewegung zuführbar sind, wobei die von der Robotersteuereinheit (17) der Koordinatentransformationseinheit (16) zugeführten Signale Echtzeitroboterdatensignale sind.Device for controlling a robot ( 10 ), with a robot control unit ( 17 ), with at least one on the robot ( 10 ) attached signal generating sensor ( 12 ), the output signals of a signal acquisition unit ( 14 ), wherein the output signals of the at least one sensor ( 12 ) connected to a signal processing unit connected thereto ( 15 ), and with a coordinate transformation device ( 16 ), in which the signal processing device ( 15 ) and the robot control unit ( 17 ) are processed to robot control signals, which in turn the robot control unit ( 17 ) can be supplied to control the robot movement, wherein the robot control unit ( 17 ) of the coordinate transformation unit ( 16 ) signals are real-time robot data signals. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor eine digitale Kamera dient, dass die Signalerfassungseinheit (14) eine Bilderfassungseinheit und die Signalverarbeitungseinrichtung (15) eine Bildverarbeitungseinrichtung ist.Device according to claim 1, characterized in that a digital camera serves as sensor, that the signal detection unit ( 14 ) an image acquisition unit and the signal processing device ( 15 ) is an image processing device. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera mit einem Abstandsmesselement gekoppelt ist.Device according to claim 2, characterized that the camera is coupled to a distance measuring element.
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